“星鏈模式”能否抗衡星鏈？中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展之路如何抉擇？

最近發(fā)生的三個新聞，讓我們覺得時間更加緊迫，留給我們的機會窗口也許不大了。

或許只有這種方案才能夠?qū)崿F(xiàn)人們想象中的，只帶一部普通手機，就能夠在沙漠戈壁、荒山野嶺、汪洋大海上隨時隨地刷抖音、聊微信。這才是人類通信真正的未來目標之一。

SpaceX公司的星鏈星座一直令全球矚目。截止到2022年5月18日，星鏈星座已經(jīng)發(fā)射了2653顆衛(wèi)星，正常工作的有2374顆，目前已經(jīng)使用和已經(jīng)交付訂金的用戶總數(shù)超過了20萬，是目前世界上最成功的低軌互聯(lián)網(wǎng)星座。雖然經(jīng)過一段時間的科普，人們逐漸了解到星鏈星座由于用戶容量不大（在1.2萬顆衛(wèi)星全面部署后，用戶總數(shù)目前估算也只達到千萬量級）和必須安裝用戶地面站設(shè)備等問題，并不能成為地面移動網(wǎng)絡(luò)的競爭對手，而只是有益的補充，主要解決沒有任何寬帶接入方法的地區(qū)人們的上網(wǎng)問題。

但是，最近有兩件事，可能會讓人們對星鏈這樣的低軌互聯(lián)網(wǎng)星座的重要性，有全新的認知：一是在俄烏沖突爆發(fā)之后，星鏈系統(tǒng)對烏克蘭軍事行動的支持，以及星鏈之前就與美軍展開的合作，讓世人認識到星鏈這樣的巨型低軌互聯(lián)網(wǎng)星座的軍事應(yīng)用潛力；另一件事是，制定5G移動網(wǎng)絡(luò)標準的3GPP組織將在今年6月份徹底完成Release17版本標準的凍結(jié)，轉(zhuǎn)入執(zhí)行階段，這個版本的標準定義了“非地面網(wǎng)絡(luò)”NTN與地面移動網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合技術(shù)，正式將衛(wèi)星引入到地面網(wǎng)絡(luò)中。

在地面火箭整流罩中等待發(fā)射的60顆星鏈衛(wèi)星

世界上許多國家或者公司都在規(guī)劃建設(shè)星鏈這樣的低軌互聯(lián)網(wǎng)星座。英國的OneWeb公司已經(jīng)發(fā)射了428顆衛(wèi)星，是最接近星鏈的競爭對手。中國也將建設(shè)低軌互聯(lián)星座提上了日程。早在2020年11月，我國就向ITU申報了巨型衛(wèi)星星座的軌道和頻率，衛(wèi)星總數(shù)高達12992顆；2021年4月，中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團有限公司正式成立；中國航天科工集團和中國航天科技集團早在幾年前就發(fā)射了試驗衛(wèi)星，驗證類似星鏈衛(wèi)星的基本技術(shù)；中國也有幾家民營公司提出了類似星鏈的低軌互聯(lián)網(wǎng)星座計劃。

但是，從許多角度來看，世界上任何低軌互聯(lián)網(wǎng)星座，如果想要模仿星鏈的技術(shù)和商業(yè)模式來和星鏈競爭，可以說，都是比較難成功的，中國的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也不例外。因此，我們想，是否有其他辦法？另外，是模仿，還是另辟蹊徑？換個思路，換個其他的打法，是不是能夠更快地實現(xiàn)目標？

最近發(fā)生的三個新聞，讓我們覺得時間更加緊迫，留給我們的機會窗口也許不大了。這三件事是：

根據(jù)最近一段時期觀察到的技術(shù)和趨勢，我們在此向中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)提出建議：大膽地從兩個方面進行技術(shù)創(chuàng)新，提供星鏈無法提供的服務(wù)，爭取盡快獲得成功。

航天科技集團的”鴻雁星座“概念

提出建議前，我們先來看看，為什么模仿星鏈或者用“星鏈”模式來與星鏈競爭很難成功：

1、市場的限制：星鏈星座已經(jīng)搶得了先機，把發(fā)達國家的大部分市場占領(lǐng)了。與許多人想象的不一樣，許多發(fā)達國家的通信運營商都是私營企業(yè)，由于成本高昂同時用戶稀少，他們不會費力去為偏遠地區(qū)鋪設(shè)寬帶網(wǎng)絡(luò)。美國FCC在2020年的調(diào)查結(jié)果顯示，美國有大約2000萬人沒有任何寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入方法。其他發(fā)達國家如加拿大、澳大利亞以及歐洲的許多國家也有類似的情況。全球發(fā)達國家共有數(shù)千萬人沒有任何寬帶上網(wǎng)的方法，這就是星鏈的基本客戶群體。而我國由于通信運營商承擔了基本的社會責(zé)任，“村村通”做得好，在2020年底寬帶網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋了大約99%的人口，在未來幾年估計可以達到100%覆蓋。這導(dǎo)致我國缺少低軌互聯(lián)網(wǎng)星座的基本客戶群體，估計最大的客戶群體就是沿海的數(shù)百萬漁民。這就要求中國的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)公司必須向海外發(fā)展。由于眾所周知的原因，我們進入發(fā)達國家市場幾乎是不可能的，只能向“一帶一路”國家或者廣大發(fā)展中國家進軍。

2、成本的限制：即使在發(fā)展中國家，我們也很難與星鏈競爭，因為有了發(fā)達國家市場提供的高額利潤，星鏈完全可以在發(fā)展中國家打價格戰(zhàn)。更不用說，星鏈衛(wèi)星的制造和發(fā)射成本已經(jīng)做到世界最低，中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)公司的成本很難比星鏈還低，沒有條件打價格戰(zhàn)。航天發(fā)射和衛(wèi)星領(lǐng)域是以資本密集型和技術(shù)密集型為主，規(guī)模效應(yīng)十分顯著。目前星鏈衛(wèi)星的生產(chǎn)線規(guī)模是世界上最大的，每月產(chǎn)量為120顆，平均每天4顆。按照馬斯克的說法，星鏈衛(wèi)星的成本大約是一顆50萬美元，將來生產(chǎn)規(guī)模再擴大，成本還能再降低；而發(fā)射星鏈的獵鷹9號火箭在第一級多次重復(fù)使用之后，發(fā)射60顆星鏈衛(wèi)星的成本可以低至3000萬美元，也就是平均每顆衛(wèi)星50萬美元，將來“星艦”投入使用后，發(fā)射成本還將大幅度下降。我國目前還達不到星鏈衛(wèi)星的這種制造和發(fā)射成本。

3、更多的競爭對手：未來還有OneWeb星座之類的競爭對手參與競爭。如果我們模仿星鏈的模式，頂多做成OneWeb的水平，能不能在競爭中活下來就成為了一個很大的未知數(shù)。

因此我們認為，中國的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)公司一定要有技術(shù)創(chuàng)新，能夠提供比星鏈和OneWeb星座更優(yōu)越的服務(wù)，只有這樣才能在世界上立穩(wěn)腳跟，進入良性化的發(fā)展循環(huán)。

一、擁抱3GPP組織的5G NTN標準和未來的6G衛(wèi)星通信標準，與地面移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起發(fā)展，用國際通用標準取代星鏈那樣的私有標準。全球通信衛(wèi)星行業(yè)的傳統(tǒng)就是一家公司一個標準，哪怕是SpaceX公司也不能免俗，在創(chuàng)新方面已經(jīng)顯露出不足。其實在30多年前，地面移動網(wǎng)絡(luò)也是一家公司一個標準，在1G模擬手機網(wǎng)絡(luò)和2G數(shù)字移動網(wǎng)絡(luò)的時代都是如此，手機不能漫游到不同標準的網(wǎng)絡(luò)里，這給用戶帶來了極大的不便。3GPP組織的成立，就是為了在3G時代統(tǒng)一全球移動通信標準，讓世界上所有的手機能在所有網(wǎng)絡(luò)里工作。當然，直到4G時代人類才真正實現(xiàn)這個目標。

使用3GPP組織的通用標準有以下好處：

5G Release17版本中對非地面網(wǎng)絡(luò)NTN的支持

1、標準通用，用戶的設(shè)備也是通用的，可以兼容很多用戶設(shè)備制造商的產(chǎn)品，不一定要自己生產(chǎn)用戶設(shè)備，可以從技術(shù)上最大化用戶數(shù)量，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模優(yōu)勢，降低用戶設(shè)備成本。

2、不用單獨建設(shè)地面關(guān)口站，而是依附于所在國的5G通信網(wǎng)。許多人沒有注意到的是，所有通信衛(wèi)星都要通過地面關(guān)口站才能讓用戶設(shè)備連上地面網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星僅僅起到一個轉(zhuǎn)發(fā)作用，星鏈星座也不例外。星鏈目前已經(jīng)在所服務(wù)的區(qū)域，主要是北美、歐洲、大洋洲和南美數(shù)國建設(shè)了大量地面關(guān)口站。中國的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)如果要走出國門，如果采用星鏈的模式，也需要在所服務(wù)的國家建設(shè)獨立的地面關(guān)口站，這在政治和經(jīng)濟上都會有一定的問題。而5G Release17標準定義的NTN衛(wèi)星服務(wù)，是依附于5G地面移動網(wǎng)絡(luò)的，要么在某些5G基站上安裝衛(wèi)星天線與衛(wèi)星通信，要么在某些5G核心網(wǎng)設(shè)備上安裝衛(wèi)星天線與衛(wèi)星通信。5G NTN標準給衛(wèi)星定義了兩種工作模式：非透明轉(zhuǎn)發(fā)模式和透明轉(zhuǎn)發(fā)模式。非透明轉(zhuǎn)發(fā)模式指的是衛(wèi)星擁有部分或者全部移動通信基站的功能；透明轉(zhuǎn)發(fā)模式是衛(wèi)星完全沒有基站的功能，只是在用戶設(shè)備和5G基站之間進行無線電波的中繼轉(zhuǎn)發(fā)，完全“透明”。

如果中國的低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星采用透明轉(zhuǎn)發(fā)模式工作，有效規(guī)避了敏感因素，更容易被所服務(wù)的國家接受。

3、中國企業(yè)和組織機構(gòu)在3GPP組織里的發(fā)言權(quán)比較高，影響力比較大，在標準必要專利的數(shù)量上，中國企業(yè)也在5G時代開始占據(jù)優(yōu)勢。如果我們?nèi)χС?G NTN和未來6G 衛(wèi)星服務(wù)的標準制定，也有可能主導(dǎo)全球標準的走向。

二，衛(wèi)星技術(shù)創(chuàng)新。采用超大型衛(wèi)星天線，實現(xiàn)用戶手機不附加任何設(shè)備就能直接與衛(wèi)星進行寬帶通信。這將是前所未有的服務(wù)。

星鏈的用戶地面終端設(shè)備

請注意，我們在這里強調(diào)的是寬帶通信。這是因為，目前世界上所有衛(wèi)星寬帶通信，都需要用戶安裝一個地面站設(shè)備，俗稱“鍋”，星鏈也不例外（見上圖）；而不需要“鍋”就直接能與衛(wèi)星通信的設(shè)備，目前只能實現(xiàn)語音和窄帶數(shù)據(jù)服務(wù)，比如銥星電話和海事衛(wèi)星電話等。這里必須指出的是，銥星電話在通話時的最大發(fā)射功率可能達到2瓦左右，遠超世界各國政府為消費電子產(chǎn)品制定的最大無線電發(fā)射功率200毫瓦（FDD模式）和400毫瓦（TDD模式）的標準，因此，銥星電話和海事衛(wèi)星電話都不屬于普通消費電子產(chǎn)品，原則上對它們的購買和使用都有更嚴格的監(jiān)管。

而手機屬于消費電子產(chǎn)品，預(yù)計未來各國政府不會為了讓手機能與衛(wèi)星直接通信而放寬發(fā)射功率的限制標準。那么，在200毫瓦發(fā)射功率的限制下，手機能直接與衛(wèi)星進行寬帶雙向通信嗎？用傳統(tǒng)的通信衛(wèi)星構(gòu)型是不可能的，包括星鏈衛(wèi)星。

實際上，按照5G NTN標準的假設(shè)，5G NTN低軌道衛(wèi)星天線的孔徑是2米，在目前的技術(shù)水平下，只能夠?qū)崿F(xiàn)用戶手機直接通過衛(wèi)星發(fā)送文字短消息的功能。預(yù)計美國蘋果公司在今年9月份發(fā)布的iPhone14手機上，就能夠提供這樣的功能，對應(yīng)的衛(wèi)星服務(wù)提供商是GlobalStar全球星公司，為此全球星公司將發(fā)射十余顆新的低軌通信衛(wèi)星。

但是如果將低軌道衛(wèi)星天線的孔徑放大幾十倍、上百倍，則完全能夠做到手機與衛(wèi)星直接寬帶通信。這是因為：巨型衛(wèi)星天線在上行鏈路上能夠提供巨大的接收天線增益，哪怕用戶手機的發(fā)射功率只有區(qū)區(qū)200毫瓦，也能在衛(wèi)星接收機的射頻輸出端實現(xiàn)較高的信噪比；巨型衛(wèi)星天線在下行鏈路上更能夠提供巨大的發(fā)射天線增益，在衛(wèi)星發(fā)射功率增加不多的情況下，就能夠讓用戶手機的接收機射頻輸出端實現(xiàn)較高的信噪比。高信噪比是實現(xiàn)高速率的基礎(chǔ)。

美國AST SpaceMobile公司的“藍行者3號”原型衛(wèi)星，將要在今年夏天發(fā)射

我們的這個建議不是理論上的空想，美國已經(jīng)有一家初創(chuàng)企業(yè)開始試驗了。據(jù)美國《太空新聞》網(wǎng)站5月17日報道，美國初創(chuàng)衛(wèi)星企業(yè)AST SpaceMobile公司正在研制一顆名為“藍行者3號”（BlueWalker 3）的衛(wèi)星，擁有一塊高達64平方米的巨型相控陣天線，可以折疊為一個較小的立方體，整顆衛(wèi)星重量為1500公斤。這顆衛(wèi)星就能夠?qū)崿F(xiàn)與手機的直接寬帶通信，用戶不需要任何額外的附件或者地面站設(shè)備。這顆衛(wèi)星計劃在今年夏天發(fā)射。該公司還計劃在2023年開始部署可運行的衛(wèi)星，建設(shè)一個包括110顆衛(wèi)星的低地球軌道星座，覆蓋全球。

我們建議中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也可以采用這種方案，原因是：它所帶來的用戶體驗是星鏈遠遠無法相比的！星鏈由于用戶地面站必須由市電供電，實際上無法移動使用?；蛟S只有這種方案才能夠?qū)崿F(xiàn)人們想象中的，只帶一部普通手機，就能夠在沙漠戈壁、荒山野嶺、汪洋大海上隨時隨地刷抖音、聊微信。這才是人類通信真正的未來目標之一。

當然，這種巨型衛(wèi)星相控陣天線和可能增大的衛(wèi)星太陽能電池板面積，必然會讓衛(wèi)星的制造成本和發(fā)射成本大大提高。但是隨著近些年來技術(shù)的進步，相控陣天線和太陽能電池板的制造成本也在不斷降低，這種方案的成本也因此變得越來越可控。

3GPP 5G Release17標準中定義的NTN衛(wèi)星，目前并未定義如此巨型的衛(wèi)星天線構(gòu)型，也還沒有考慮過這樣的創(chuàng)新服務(wù)模式。這可能是AST SpaceMobile公司目前沒有考慮兼容3GPP標準的原因之一。但是3GPP的標準仍然在向前發(fā)展，每隔一兩年就出一個新的版本，未來幾年還會有Release18、19、20三個版本，被視為第二輪5G創(chuàng)新，也叫做5G Advanced，再往后就是6G了，得等到2030年左右才可能商用。因此中國企業(yè)完全有機會主導(dǎo)5G標準的制定，將這樣的巨型衛(wèi)星天線的創(chuàng)新納入到5G未來的標準中去。

總之，我們希望中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)能夠順利發(fā)展！因此，大膽創(chuàng)新，用比星鏈更新的技術(shù)實現(xiàn)星鏈完全無法達到的用戶體驗，更好地實現(xiàn)自身的目標，并在國際上獲得成功。

充滿激情的新時代，

充滿挑戰(zhàn)的新疆域，

與踔厲奮發(fā)的引領(lǐng)者，

卓爾不群的企業(yè)家，

一起開拓，

一起體驗，

一起感悟，

共同打造更真品質(zhì)，

共同實現(xiàn)更高價值，

共同見證商業(yè)航天更大的跨越！

——《衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)》，觀察，記錄，傳播，引領(lǐng)。